一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，所述掺杂磷新型碳负极材料由碳材料和磷混合制备而成，所述碳材料含量为30‑90％，所述磷含量为10‑70％，所述钠双离子电池包含碳正极材料、电解液和掺杂磷新型碳负极材料，所述电解液为0.1‑5M的钠盐电解液。本发明专利技术负极材料中磷材料的掺杂，因为磷的层间距达到0.53nm，比石墨的层间距大的多，更有利于电池充电过程钠离子的嵌入，大幅度增加负极材料中钠离子的负载量，从而可以大幅度提升电池容量，采用掺杂磷的新型碳作为负极材料的钠双离子电池的比容量得到大幅度的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池
本专利技术涉及钠离子电池、双离子电池
，尤其涉及一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池。
技术介绍
锂离子电池(LIBs)由于其相对较高的放电电压、能量密度和很好的功率性能，所以无处不在的应用于便携式电子产品和网络存储。随着现代科技进步及需求，开发高能量密度、低成本的新型可充电电池体系已经受到了越来越多的关注。目前已经市场化的锂离子电池一般采用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等作为正极材料，这些材料价格昂贵，使得锂离子电池成本较高。再者由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对较大，不能大电流放电。双离子电池(DIBs)，作为一种高能量和低成本的电能存储装置，已经被发现了几十年。目前双离子电池一般采用石墨作为钠双离子电池的负极材料，但钠离子直径远大于石墨的层间距(0.24nm)，因此石墨负极不容易被钠离子的嵌入，嵌入数量有限，电池容量不高，性能不能满足产业化要求。因此为提升钠离子电池性能，寻求更利于钠离子嵌入的负极材料显得至关重要。
技术实现思路
为解决目前锂离子电池存在的成本高、钠离子尺寸较大不易嵌入石墨负极材料以及钠双离子电池还未实现商业化等问题,本专利技术提供了一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，所述掺杂磷新型碳负极材料由碳材料和磷混合制备而成，所述碳材料含量为30-90％，所述磷含量为10-70％，所述钠双离子电池包含碳正极材料、电解液和掺杂磷新型碳负极材料，所述电解液为0.1-5M的钠盐电解液。进一步的，所述掺杂磷新型碳负极材料的制备步骤为将碳材料和磷比例混合，然后进行4-12h的研磨，使得碳材料和磷充分均匀混合，再将碳和磷混合材料在高温绝氧环境下加热至380-430℃，保温2-5h后快速冷却至室温。进一步的，所述碳材料为石墨烯、碳纳米管等中的至少一种。进一步的，所述磷为红磷、白磷中的一种。进一步的，所述正极碳材料为石墨烯、石墨、石墨粉、纳米石墨、软碳、硬碳、天然石墨、人工石墨、碳纳米管、膨胀石墨、包覆石墨、三维石墨烯等中的至少一种。进一步的，所述钠盐电解液的电解质为氟化钠(NaF)、六氟磷酸钠(NaPF6)、四氟硼酸钠(NaBF4)、高氯酸钠(NaClO4)等中的至少一种。进一步的，所述钠盐电解液的溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1,3-二氧环戊环(DOL)，1,2-二甲氧基乙烷(DME)，碳酸丁烯酯(BC)、甲酯(PA)、乙酸甲酯(MA)等中的至少一种。由上述对本专利技术结构的描述可知，和现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术负极材料中磷材料的掺杂，因为磷的层间距达到0.53nm，比石墨的层间距大的多，更有利于电池充电过程钠离子的嵌入，大幅度增加负极材料中钠离子的负载量，从而可以大幅度提升电池容量。(2)本专利技术提供的采用掺杂磷的新型碳材料作为负极材料的钠双离子电池具有如下特性：在100mAg-1的电流密度下充放电循环，其首次充电容量和放电容量分别达到697.2mAhg-1和657.3mAhg-1，首次库伦效率达到94.28％，第二次充放电循环的放电容量仍达到605.4mAhg-1。充分说明了采用掺杂磷的新型碳作为负极材料的钠双离子电池的比容量得到大幅度的提升。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1的钠双离子电池在100mAg-1电流密度的充放电循环曲线图；图2为本专利技术实施例2的钠双离子电池在100mAg-1电流密度的充放电循环曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，所述掺杂磷新型碳负极材料由碳材料和磷混合制备而成，所述碳材料含量为30-90％，所述磷含量为10-70％，所述钠双离子电池包含碳正极材料、电解液和掺杂磷新型碳负极材料，所述电解液为0.1-5M的钠盐电解液。所述掺杂磷新型碳负极材料的制备步骤为将碳材料和磷比例混合，然后进行4-12h的研磨，使得碳材料和磷充分均匀混合，再将碳和磷混合材料在高温绝氧环境下加热至380-430℃，保温2-5h后快速冷却至室温，所述碳材料为石墨烯、碳纳米管等中的至少一种，所述磷为红磷、白磷中的一种。所述正极碳材料为石墨烯、石墨、石墨粉、纳米石墨、软碳、硬碳、天然石墨、人工石墨、碳纳米管、膨胀石墨、包覆石墨、三维石墨烯等中的至少一种。所述钠盐电解液的电解质为氟化钠(NaF)、六氟磷酸钠(NaPF6)、四氟硼酸钠(NaBF4)、高氯酸钠(NaClO4)等中的至少一种，所述钠盐电解液的溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1,3-二氧环戊环(DOL)，1,2-二甲氧基乙烷(DME)，碳酸丁烯酯(BC)、甲酯(PA)、乙酸甲酯(MA)等中的至少一种。实施例1掺杂红磷的碳材料作为负极材料的钠双离子电池本实施例的钠双离子电池采用掺杂红磷的碳材料作为负极材料，其中红磷占负极材料总质量的30％，碳材料为石墨烯，占负极材料总质量的70％；负极材料制备过程为将70％的石墨烯和30％的红磷均匀混合，然后研磨10h，得到新型碳负极材料。采用纳米石墨作为正极材料；1M六氟磷酸锂(LiPF6)溶于体积比为碳酸二乙酯(DEC)：碳酸二甲酯(DMC)＝7：3(v1:v2＝7:3)的混合溶液作为电解液；并进行钠双离子电池组装及性能测试。如图1所示，采用充放电曲线研究了本实施例锂双离子电池的电化学性能。从图中可以看出钠双离子电池在100mAg-1电流密度下充放电循环，其首次充电容量和放电容量分别达到697.2mAhg-1和657.3mAhg-1，首次库伦效率达到94.28％，第二次充放电循环的放电容量仍达到605.4mAhg-1。充分说明了采用掺杂红磷的新型碳作为负极材料的钠双离子电池的比容量得到大幅度的提升。实施例2掺杂白磷的碳材料作为负极材料的钠双离子电池本实施例的钠双离子电池采用掺杂白磷的碳材料作为负极材料，其中白磷占负极材料总质量的45％，碳材料为纳米石墨，占负极材料总质量的55％；负极材料制备过程为将55％的石墨烯和45％的白磷均匀混合，然后研磨10h，接着将碳和磷混合材料在高温绝氧环境下加热至400℃，保温5h后快速冷却至室温得到新型碳负极材料。采用石墨烯作为正极材料；2M六氟磷酸锂(LiPF6)溶于体积比为碳酸二乙酯(DEC)：碳酸甲乙酯(EMC)＝6：4(v1:v2＝6:4)的混合溶液作为电解液；并进行钠双离子电池组装及性能测试。如图2所示，采用充放电曲线研究了本实施例锂双离子电池的电化学性能。从图中可以看出钠双离子电池在100mAg-1电流密度下充放电循环，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，其特征在于：所述掺杂磷新型碳负极材料由碳材料和磷混合制备而成，所述碳材料含量为30‑90％，所述磷含量为10‑70％，所述钠双离子电池包含碳正极材料、电解液和掺杂磷新型碳负极材料，所述电解液为0.1‑5M的钠盐电解液。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，其特征在于：所述掺杂磷新型碳负极材料由碳材料和磷混合制备而成，所述碳材料含量为30-90％，所述磷含量为10-70％，所述钠双离子电池包含碳正极材料、电解液和掺杂磷新型碳负极材料，所述电解液为0.1-5M的钠盐电解液。2.根据权利要求1所述一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，其特征在于：所述掺杂磷新型碳负极材料的制备步骤为将碳材料和磷比例混合，然后进行4-12h的研磨，使得碳材料和磷充分均匀混合，再将碳和磷混合材料在高温绝氧环境下加热至380-430℃，保温2-5h后快速冷却至室温。3.根据权利要求1所述一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，其特征在于：所述碳材料为石墨烯、碳纳米管等中的至少一种。4.根据权利要求1所述一种掺杂磷新型碳负极材料制备的钠双离子电池，其特征在于：所述磷为红磷、白磷中的一种。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：林楷睿，
申请(专利权)人：福建新峰二维材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35